王曉峰

（陽煤集團三礦機電工區(qū)，山西 陽泉 045000）

引言

在煤礦生產(chǎn)過程中，會有不同來源的水進入到井下，對礦井安全生產(chǎn)形成巨大威脅。井下的排水設(shè)備不僅在平時擔(dān)任著排水的任務(wù)，而且在井下發(fā)生大規(guī)模涌水時擔(dān)任著搶險排水的任務(wù)。因此，保證煤礦井下排水的正常運行對井下安全生產(chǎn)有著重大的意義。

1 控制系統(tǒng)功能設(shè)計

目前，井下的排水設(shè)備基本上都是靠人工控制，自動化水平較低［1］。設(shè)計以PLC為基礎(chǔ)的自動控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)有三種控制方式：手動、半自動和自動。手動方式即通過人工操作來控制各個設(shè)備的運行。半自動控制就是按需要通過對運行排水泵的臺數(shù)及其啟停進行設(shè)定，此種控制方式主要是根據(jù)現(xiàn)場具體情況來滿足需求。自動控制方式即通過PLC設(shè)定的程序自動完成操作動作，人員只需要通過監(jiān)測電視來對設(shè)備運行情況進行監(jiān)控［2，3］。將自動控制系統(tǒng)運用到排水泵自動化控制中，可實現(xiàn)如下功能。

1.1 保護設(shè)備

此系統(tǒng)可以對自身進行診斷，對設(shè)備電壓、電流、溫度、水流壓力等參數(shù)可以實現(xiàn)實時監(jiān)測。當(dāng)某一參數(shù)值異常時，PLC會發(fā)出警報并且停止排水泵運行，保護設(shè)備。

1.2 參數(shù)信息實時顯示

水泵真空度、運行水泵數(shù)目、排水流量、排水壓力、設(shè)備溫度等各項參數(shù)信息通過人機界面實時顯示。報警信號也可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時得到顯示。

1.3 遠程監(jiān)控

此系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程通訊和監(jiān)控功能，通過各種信號設(shè)備，可以將PLC和地面上的工控機連接，建立自動化監(jiān)控平臺，實現(xiàn)遠程控制，顯示并且記錄設(shè)備運行狀態(tài)。在井下排水設(shè)備附近安裝攝像機，可以將設(shè)備運行的狀況以畫面形式傳輸?shù)降孛妗?/p>

1.4 合理調(diào)度

系統(tǒng)自動監(jiān)測水位信息，根據(jù)水位信息確定工作的水泵臺數(shù)，監(jiān)測水泵運行的時間，替換長時間運行的水泵，防止水泵過度運行。并且可以在井下電力負荷較大時，適當(dāng)停止水泵運行的臺數(shù)和時間，在滿足排水的要求下盡可能地滿足其他設(shè)備的用電需求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、機房電控設(shè)備、收集信號裝置、電視監(jiān)控設(shè)備等組成。此系統(tǒng)可分為機械設(shè)備、PLC控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控站三部分。

2.1 機械設(shè)備

機械設(shè)備主要是指管道、水泵、閥門等。該設(shè)備組成與人工控制的排水設(shè)備組成大致相同，但需要在原設(shè)備的基礎(chǔ)上進行改動。將上述機械設(shè)備進行改動來滿足安裝傳感器的需求，把原有的閥門替換為電動閥門。為了滿足水泵啟動的要求，在水泵上安裝射流泵或者真空泵。為防止發(fā)生故障時自動系統(tǒng)不能啟動水泵，設(shè)置了人工控制方式。

2.2 PLC控制系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、電控設(shè)備、信號收集裝置等共同組成了PLC控制系統(tǒng)。PLC可以對信號處理并進行邏輯判斷及對故障進行診斷等。數(shù)據(jù)采集可以收集到水位信息來決定水泵是否開啟及開啟的臺數(shù)，然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的程序來完成水泵的啟停動作。此時系統(tǒng)可以收集到電機、水泵等的各項參數(shù)。

2.3 地面監(jiān)測站

地面監(jiān)測站主要由工控機、監(jiān)測軟件及監(jiān)測電視等組成，通過通訊電纜和PLC等設(shè)備連接。工控機可以通過檢測軟件顯示井下PLC收集到的設(shè)備運行參數(shù)并進行存儲，操作人員可以在地面指揮中心直接實現(xiàn)對水泵的控制。監(jiān)測電視可以實時顯示井下設(shè)備的情況。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

3.1 PLC程序設(shè)計

PLC程序采用西門子生產(chǎn)的S7－300／400型PLC標準軟件，使用語句表、邏輯圖和功能塊圖編制程序。此PLC共包括一個CPU、一個供電單元，以及I／O模塊（輸入輸出模塊）。編制程序時首先對硬件的各個參數(shù)進行設(shè)定，為編制控制程序打下基礎(chǔ)。整個程序包括供電狀態(tài)和水位信息檢測、啟動水泵、參數(shù)檢測、故障報警、水泵故障停止等。流程圖如圖1所示。

3.2 組態(tài)軟件程序設(shè)計

組態(tài)軟件程序設(shè)計的功能主要是實現(xiàn)人機交互界面，實現(xiàn)實時監(jiān)控。此系統(tǒng)使用WINCC型監(jiān)控軟件來進行程序設(shè)計，此程序可以產(chǎn)生實時收集和顯示設(shè)備的各項參數(shù)信息，便于控制的實時化和可視化，并且提供報警系統(tǒng)。

編制的人機界面包括控制畫面、故障報警記錄和參數(shù)顯示畫面等信息。工作人員可以使用觸摸屏選擇控制方式并且了解到系統(tǒng)的各個參數(shù)，實現(xiàn)控制過程可視化。組態(tài)軟件可以與地面上位機同步，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

圖1 程序流程圖

4 結(jié)語

以S7－300型PLC作為水泵控制系統(tǒng)的核心，通過對程序進行合理設(shè)計，實現(xiàn)對水位的自動監(jiān)測，根據(jù)水位情況調(diào)整水泵運行的臺數(shù)和對水泵的啟停進行控制，提高排水的安全性。同時也可對水泵的運行進行合理調(diào)度，設(shè)備利用率得到提高，實現(xiàn)節(jié)能的目的。

此自動控制系統(tǒng)使用技術(shù)可靠的S7－300型PLC，可靠性高、故障率低，且具有設(shè)備診斷功能，可通過手動來實現(xiàn)正常啟動水泵。通過觸摸屏可實現(xiàn)控制方式轉(zhuǎn)換、故障復(fù)位、系統(tǒng)巡查等功能。此外，系統(tǒng)通訊功能實現(xiàn)了遠程監(jiān)控?？傊?，此系統(tǒng)的設(shè)計對提高煤礦井下排水的可靠性、安全性具有重要意義，應(yīng)用前景巨大。

［1］ 胡奇蕓，于巖，于卉.基于帶式輸送機電控系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用［J］.礦山機械，2009（3）：114－116.

［2］ 喬東凱.PLC和變頻器在電廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.礦山機械，2009（2）：157－159.

［3］ 陳遠立.電氣控制與可編程控制器［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004.